JP2011181383A

JP2011181383A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2011181383A
Application number: JP2010045425A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fujita; 敬祐藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system surely recovering degradation of a fuel cell by a simple configuration. <P>SOLUTION: A poisoning recovery process of circulating liquid phase water in a solid polymer fuel cell at a circulating speed of at least 2.4 mg/cm<SP>2</SP>/min. or more, preferably, 3 mg/cm<SP>2</SP>/min. or more, and 28 mg/cm<SP>2</SP>/min. or less is performed. The circulating speed of the liquid phase water is controlled by changing the humidifying amount and/or the temperature of the fuel cell. Preferably, the poisoning recovery process is performed when an output from the fuel cell becomes lower than a predetermined value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池は、複数枚の単位電池が積層された燃料電池スタックとして使用される。単位電池自体も平面状の部材の積層体であり、電解質膜をその両側から電極で挟んで構成された膜電極接合体（ＭＥＡ;Membrane Electrode Assembly）を有し、該ＭＥＡをその両側から拡散層、ガス流路、およびセパレータで挟むことで構成されている。 The fuel cell is used as a fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked. The unit cell itself is a laminate of planar members, and has a membrane electrode assembly (MEA) formed by sandwiching an electrolyte membrane between electrodes from both sides, and the MEA is diffused from both sides. The gas channel is sandwiched between the separator and the separator.

ところで、燃料電池は、経年劣化によって徐々に出力が低下する。そこで、従来から、燃料電池の劣化を回復させるための技術が提案されている。例えば、特開２０００−２６０４５４号公報には、酸素極（カソード）に水素を存在させて、二酸化窒素等の劣化原因ガスによる劣化を回復するシステムが提案されている。酸素極に水素が存在すると、その水素の還元作用によって、酸素極の電極触媒に吸着されている劣化原因ガスが還元・離脱される。これにより、燃料電池の劣化回復を図ることができる。 By the way, the output of the fuel cell gradually decreases due to aging. Therefore, conventionally, techniques for recovering the deterioration of the fuel cell have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-260454 proposes a system that recovers deterioration due to a deterioration-causing gas such as nitrogen dioxide by causing hydrogen to be present in an oxygen electrode (cathode). When hydrogen is present in the oxygen electrode, the deterioration-causing gas adsorbed on the electrode catalyst of the oxygen electrode is reduced and released by the reducing action of the hydrogen. Thereby, deterioration recovery of the fuel cell can be achieved.

特開２０００−２６０４５４号公報JP 2000-260454 A 特許第３４７５８６９号公報Japanese Patent No. 3475869 特開２００８−７７９１１号公報JP 2008-77911 A 特開２００７−２０７６６９号公報JP 2007-207669 A

しかしながら、上記従来の技術を駆使しても、燃料電池の劣化を十分に回復させることはできない。すなわち、上記従来の技術では、カソード（酸素極）に燃料ガス（水素）を供給することで、通常の反応とは逆の反応を生じさせることとしている。このため、白金触媒（Ｐｔ）の酸化皮膜の除去やアノード（燃料極）の被毒除去には一定の効果が発現する可能性があるが、過電圧の大きいカソードの被毒除去には至らないことが考えられる。 However, even if the above conventional technique is used, the deterioration of the fuel cell cannot be sufficiently recovered. That is, in the above conventional technique, a fuel gas (hydrogen) is supplied to the cathode (oxygen electrode) to cause a reaction opposite to a normal reaction. For this reason, removal of the platinum catalyst (Pt) oxide film and anode (fuel electrode) poisoning may have certain effects, but it does not lead to removal of poisoning of the cathode with high overvoltage. Can be considered.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池の劣化を簡易な構成で確実に回復させることのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reliably recover the deterioration of the fuel cell with a simple configuration.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
固体高分子型の燃料電池と、
前記燃料電池の内部に液相水を所定の流通速度で流通させる流通手段と、を備え、
前記流通手段は、２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ.以上の流通速度で液相水を流通させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
A polymer electrolyte fuel cell;
Distribution means for distributing liquid phase water at a predetermined distribution speed inside the fuel cell,
The distribution means distributes liquid phase water at a distribution rate of 2.4 mg / cm ² / min. Or more.

第２の発明は、第１の発明において、
前記流通手段は、前記燃料電池の出力が所定値以下となった場合に実行することを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention,
The distribution means is executed when the output of the fuel cell becomes a predetermined value or less.

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記流通手段は、前記燃料電池に供給されるガスの加湿量を制御する加湿量制御手段を含み、前記加湿量を制御することによって液相水の流通速度を制御することを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention,
The circulation means includes a humidification amount control means for controlling a humidification amount of gas supplied to the fuel cell, and controls the circulation rate of liquid phase water by controlling the humidification amount.

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記流通手段は、前記燃料電池の温度を制御する温度制御手段を含み、前記温度を制御することによって液相水の流通速度を制御することを特徴とする。 A fourth invention is any one of the first to third inventions,
The flow means includes temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell, and controls the flow rate of liquid phase water by controlling the temperature.

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記流通手段は、前記燃料電池の発電量を制御する発電量制御手段を含み、前記発電量を制御することによって液相水の流通速度を制御することを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The flow means includes power generation amount control means for controlling the power generation amount of the fuel cell, and controls the flow rate of liquid phase water by controlling the power generation amount.

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記流通手段は、３ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ.以上の速度で液相水を流通させることを特徴とする。 A sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
The distribution means distributes liquid phase water at a rate of 3 mg / cm ² / min. Or more.

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記流通手段は、２８ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ.以下の速度で液相水を流通させることを特徴とする。 A seventh invention is the invention according to any one of the first to sixth inventions,
The distribution means distributes liquid phase water at a speed of 28 mg / cm ² / min. Or less.

本出願の発明者は、燃料電池内に流通される液相水の流通速度を２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上とすることで、該燃料電池の触媒層に存在していた被毒物質を有効に系外に排出することができることを見出した。このため、第１の発明によれば、性能が低下した燃料電池を効果的に回復させることができる。 The inventor of the present application has set the flow rate of liquid phase water flowing in the fuel cell to 2.4 mg / cm ² / min. It has been found that the poisoning substances existing in the catalyst layer of the fuel cell can be effectively discharged out of the system by the above. For this reason, according to 1st invention, the fuel cell in which performance fell can be recovered effectively.

第２の発明によれば、燃料電池の出力が所定値以下に低下した場合に、液相水の流通速度が２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上に制御される。このため、本発明によれば、燃料電池の出力が低下した状態が継続される事態を有効に抑制することができる。 According to the second invention, when the output of the fuel cell is reduced to a predetermined value or less, the flow rate of liquid phase water is 2.4 mg / cm ² / min. It is controlled as described above. For this reason, according to this invention, the situation where the state in which the output of the fuel cell was reduced can be effectively suppressed.

第３の発明によれば、燃料電池に供給されるガスの加湿量を制御することによって液相水の流通速度が制御される。ガスの加湿量が増減されると、これに応じて燃料電池内へ導入される水分量が増減するため、液相水の流通速度も変化する。このため、本発明によれば、簡易な構成で液相水の流通速度を制御することができる。 According to the third invention, the flow rate of the liquid phase water is controlled by controlling the humidification amount of the gas supplied to the fuel cell. When the amount of humidification of the gas is increased or decreased, the amount of water introduced into the fuel cell is increased or decreased accordingly, so that the flow rate of the liquid phase water is also changed. For this reason, according to the present invention, the flow rate of liquid phase water can be controlled with a simple configuration.

第４の発明によれば、燃料電池の温度を制御することによって液相水の流通速度が制御される。燃料電池の温度が変化すると、飽和蒸気圧との関係で該燃料電池内の液相水の量が変化するため、流通速度も変化する。このため、本発明によれば、簡易な構成で液相水の流通速度を制御することができる。 According to the fourth invention, the flow rate of the liquid phase water is controlled by controlling the temperature of the fuel cell. When the temperature of the fuel cell changes, the flow rate also changes because the amount of liquid phase water in the fuel cell changes in relation to the saturated vapor pressure. For this reason, according to the present invention, the flow rate of liquid phase water can be controlled with a simple configuration.

第５の発明によれば、燃料電池の発電量を制御することによって液相水の流通速度が制御される。燃料電池の発電量が変化すると、生成水の生成量との関係で該燃料電池内の液相水の量が変化するため、流通速度も変化する。このため、本発明によれば、簡易な構成で液相水の流通速度を制御することができる。 According to the fifth aspect, the flow rate of the liquid phase water is controlled by controlling the power generation amount of the fuel cell. When the power generation amount of the fuel cell changes, the flow rate also changes because the amount of liquid phase water in the fuel cell changes in relation to the amount of generated water. For this reason, according to the present invention, the flow rate of liquid phase water can be controlled with a simple configuration.

第６の発明によれば、液相水の流通速度は、３ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上に制御されることが好ましい。これにより、燃料電池の性能回復効果を更に高めることができる。 According to the sixth invention, the flow rate of the liquid phase water is 3 mg / cm ² / min. It is preferable to be controlled as described above. Thereby, the performance recovery effect of the fuel cell can be further enhanced.

第７の発明によれば、液相水の流通速度は、２８ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以下に制御されることが好ましい。流通速度をかかる値よりも高く制御しても、性能回復効果は飛躍的に上昇しない。このため、本発明によれば、無駄なエネルギ消費を有効に抑止することができる。 According to the seventh invention, the flow rate of liquid phase water is 28 mg / cm ² / min. It is preferable to be controlled as follows. Even if the distribution speed is controlled to be higher than this value, the performance recovery effect does not increase dramatically. For this reason, according to this invention, useless energy consumption can be suppressed effectively.

本実施の形態の燃料電池の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell of this Embodiment. 燃料電池１０の被毒回復処理制御の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of poisoning recovery process control of the fuel cell 10. 液相水の流通速度に対する回復電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the recovery voltage with respect to the distribution speed of liquid phase water. 被毒回復前後の低下電圧量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the fall voltage amount before and after poisoning recovery | restoration.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本実施の形態における燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。燃料電池１０は、発電反応により発生した電力をモータ等の負荷装置に供給する燃料電池システムとして使用される。燃料電池１０は単位電池１２を複数積層したスタック構造を有している。単位電池１２は、発電体１４、反応ガスが流れるガス流路１６、隣接する発電体１４を隔離するセパレータ１８によって構成されている。発電体１４は、プロトン伝導性を有する炭化水素系の電解質膜２４を挟んでアノード２６とカソード２８とが配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）２０の外側に、カーボン繊維からなるガス拡散層（図示せず）をシールガスケットで囲んで一体として形成されている。各単位電池１２は、アノードに燃料ガス（例えば、水素ガス）の供給を受け、カソードに空気の供給を受けて発電する。尚、本実施の形態１において、燃料ガスの供給／排気系の構成、および空気の供給／排気系の構成に限定はないので、それらについての説明は省略する。 Embodiment.
[Configuration of the embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fuel cell in the present embodiment. The fuel cell 10 is used as a fuel cell system that supplies electric power generated by a power generation reaction to a load device such as a motor. The fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of unit cells 12 are stacked. The unit battery 12 includes a power generation body 14, a gas flow path 16 through which a reaction gas flows, and a separator 18 that isolates adjacent power generation bodies 14. The power generator 14 has a gas diffusion layer (of carbon fiber) (MEA) 20 outside a membrane electrode assembly (MEA) 20 in which an anode 26 and a cathode 28 are disposed with a proton-conducting hydrocarbon electrolyte membrane 24 interposed therebetween. (Not shown) is surrounded by a seal gasket and formed integrally. Each unit cell 12 is supplied with fuel gas (for example, hydrogen gas) at the anode and supplied with air at the cathode to generate power. In the first embodiment, the configuration of the fuel gas supply / exhaust system and the configuration of the air supply / exhaust system are not limited, and a description thereof will be omitted.

［実施の形態の特徴］
次に、本実施の形態の燃料電池１０の特徴について説明する。電解質膜２４は、燃料電池１０内で発生するラジカル等によって次第に分解・劣化する。生じた膜分解物は、該電解質膜２４内の水の移動に伴いアノード２６やカソード２８の内部へ移動する。これらの膜分解物が該電極に付着すると、触媒被毒やガス拡散阻害等により燃料電池の電圧低下が発生してしまう。 [Features of the embodiment]
Next, features of the fuel cell 10 of the present embodiment will be described. The electrolyte membrane 24 is gradually decomposed and degraded by radicals generated in the fuel cell 10. The generated membrane decomposition product moves to the inside of the anode 26 and the cathode 28 as the water in the electrolyte membrane 24 moves. When these membrane decomposition products adhere to the electrode, the voltage of the fuel cell is reduced due to catalyst poisoning, gas diffusion inhibition, or the like.

そこで、本願の発明者は、後述する評価試験によって、燃料電池１０の触媒被毒の回復効果と該燃料電池１０の内部を流通する液相水の流通速度との関係を評価した。その結果、液相水の流通速度が少なくとも２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上の場合に、被毒回復効果が劇的に向上することが分かった。これは、十分な液相水により触媒層に存在していた被毒物質が系外へ流れて排出されたことによる効果と推察される。そこで、本実施の形態のシステムでは、触媒被毒を回復させる場合に、液相水の流通速度を少なくとも２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上に制御することとする。これにより、燃料電池の触媒被毒を有効に回復させることが可能となる。尚、後述する評価試験の結果から、液相水の流通速度は、３ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上に制御することが好ましい。これにより、燃料電池の触媒被毒の回復効果を更に高めることが可能となる。 Therefore, the inventors of the present application evaluated the relationship between the catalyst poisoning recovery effect of the fuel cell 10 and the flow rate of liquid phase water flowing through the fuel cell 10 by an evaluation test described later. As a result, the flow rate of the liquid phase water is at least 2.4 mg / cm ² / min. In the above cases, it was found that the poisoning recovery effect was dramatically improved. This is presumed to be due to the fact that poisonous substances present in the catalyst layer flowed out of the system and discharged by sufficient liquid phase water. Therefore, in the system of the present embodiment, when recovering the catalyst poisoning, the flow rate of liquid phase water is at least 2.4 mg / cm ² / min. The above control is performed. This makes it possible to effectively recover the catalyst poisoning of the fuel cell. In addition, from the result of the evaluation test described later, the flow rate of the liquid phase water is 3 mg / cm ² / min. It is preferable to control as described above. Thereby, the recovery effect of catalyst poisoning of the fuel cell can be further enhanced.

また、液相水の流通速度の上限は、２８ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以下に設定することが好ましい。これは、かかる流通速度の液相水が、５．０Ａ／ｃｍ^２の生成水量に相当し、現実的な燃料電池セル性能を考慮すると、これ以上の高負荷発電は困難であることを根拠としている。また、触媒における被毒物質除去のメカニズムから推察しても、被毒物質の除去効果は当該液相水の流通速度において飽和している可能性が高い。このため、液相水の流通速度の上限を２８ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以下に設定することで、無駄なエネルギ消費を抑制することが可能となる。 In addition, the upper limit of the flow rate of the liquid phase water is 28 mg / cm ² / min. It is preferable to set the following. This is based on the fact that the liquid phase water at such a distribution speed corresponds to the amount of produced water of 5.0 A / cm ² , and considering the realistic fuel cell performance, it is difficult to generate higher load power. Yes. Moreover, even if inferred from the mechanism of removal of poisonous substances in the catalyst, there is a high possibility that the removal effect of poisonous substances is saturated at the flow rate of the liquid phase water. For this reason, the upper limit of the flow rate of liquid phase water is 28 mg / cm ² / min. By setting to the following, useless energy consumption can be suppressed.

液相水の流通速度の制御方法は、例えば、燃料電池１０に供給されるガスの加湿量を調整することで制御することができる。すなわち、供給されるガスの加湿量が高いほど、該燃料電池１０内に導入される水分量が増大する。このため、ガスの加湿量と液相水の流通速度との関係を予めマップ等に規定しておくことで、加湿量制御による液相水の流通速度制御が可能となる。 The control method of the flow rate of liquid phase water can be controlled by adjusting the humidification amount of the gas supplied to the fuel cell 10, for example. That is, the higher the humidification amount of the supplied gas, the greater the amount of moisture introduced into the fuel cell 10. For this reason, the flow rate control of liquid phase water by humidification amount control becomes possible by prescribing the relationship between the humidification amount of gas and the flow rate of liquid phase water in a map or the like.

また、液相水の流通速度の制御は、例えば、燃料電池１０の内部温度を調整することで制御することとしてもよい。すなわち、燃料電池１０の温度が低いほど、飽和蒸気圧との関係で該燃料電池内の液相量は増大する。このため、燃料電池１０の内部温度と液相水の流通速度との関係を予めマップ等に規定しておくことで、燃料電池１０の温度制御による液相水の流通速度制御が可能となる。 The flow rate of the liquid phase water may be controlled by adjusting the internal temperature of the fuel cell 10, for example. That is, as the temperature of the fuel cell 10 is lower, the liquid phase amount in the fuel cell increases in relation to the saturated vapor pressure. For this reason, the flow rate control of the liquid phase water by the temperature control of the fuel cell 10 can be performed by prescribing the relationship between the internal temperature of the fuel cell 10 and the flow rate of the liquid phase water in a map or the like.

更に、液相水の流通速度の制御は、例えば、燃料電池１０の発電量を調整することで制御することとしてもよい。すなわち、燃料電池１０の発電量が増えるほど生成水が増加するため、該燃料電池内の液相量は増大する。このため、燃料電池１０の発電量と液相水の流通速度との関係を予めマップ等に規定しておくことで、燃料電池１０の発電制御による液相水の流通速度制御が可能となる。 Furthermore, the flow rate of the liquid phase water may be controlled by adjusting the power generation amount of the fuel cell 10, for example. That is, since the generated water increases as the power generation amount of the fuel cell 10 increases, the liquid phase amount in the fuel cell increases. For this reason, the flow rate control of the liquid phase water by the power generation control of the fuel cell 10 can be performed by prescribing the relationship between the power generation amount of the fuel cell 10 and the flow rate of the liquid phase water in a map or the like.

また、被毒回復処理制御の実行時期は、例えば、燃料電池１０の出力に応じて設定することができる。図２は、燃料電池１０の被毒回復処理制御の一例を示す図である。この図に示すとおり、燃料電池１０の被毒を判定するための、出力のしきい値を起動時間毎に設定し、該燃料電池１０の出力が当該しきい値以下となった場合に、被毒回復処理制御を実行することができる。これにより、燃料電池１０の出力が低下した場合に当該被毒回復制御を実行することができるので、出力低下状態が長時間継続される事態を有効に抑止することができる。 Moreover, the execution time of poisoning recovery process control can be set according to the output of the fuel cell 10, for example. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of poisoning recovery process control of the fuel cell 10. As shown in this figure, an output threshold value for determining the poisoning of the fuel cell 10 is set for each startup time, and when the output of the fuel cell 10 becomes less than the threshold value, Poison recovery process control can be executed. Thereby, since the poisoning recovery control can be executed when the output of the fuel cell 10 is reduced, it is possible to effectively suppress a situation where the output reduced state is continued for a long time.

ところで、上述した実施の形態では、炭化水素系の電解質膜２４を用いることとしているが、使用可能な電解質膜２４の種類はこれに限られない。すなわち、触媒被毒は、スルホン酸が脱離した硫酸根（ＳＯ_４ ^２−）が主因と考えられる。このため、スルホン酸を含有している電解質膜であれば、炭化水素系の電解質膜に限らず、フッ素系の電解質膜を用いることとしても同様の効果を奏することができる。 By the way, in embodiment mentioned above, although it is supposed that the hydrocarbon type electrolyte membrane 24 will be used, the kind of electrolyte membrane 24 which can be used is not restricted to this. That is, it is considered that the catalyst poisoning is mainly caused by sulfate radical (SO ₄ ²⁻ ) from which sulfonic acid is eliminated. For this reason, as long as the electrolyte membrane contains sulfonic acid, the same effect can be obtained by using not only the hydrocarbon electrolyte membrane but also the fluorine electrolyte membrane.

［実施の形態についての評価試験］
次に、図３および図４を用いて、実施の形態に示す発明の効果を確認するために行った評価試験について説明する。 [Evaluation Test for Embodiment]
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, an evaluation test conducted for confirming the effect of the invention shown in the embodiment will be described.

（ＭＥＡの作製手順）
炭化水素系電解質膜上に、Ｐｔを含む電極触媒とプロトン伝導性を有する電解質とからなる電極をアノード側およびカソード側にスプレー塗布し、両極にカーボンペーパーからなる拡散層を熱圧着させてＭＥＡを作製した。 (Production procedure of MEA)
On the hydrocarbon-based electrolyte membrane, an electrode made of an electrode catalyst containing Pt and an electrolyte having proton conductivity is spray-coated on the anode side and the cathode side, and a diffusion layer made of carbon paper is thermocompression-bonded to both electrodes to form the MEA. Produced.

（耐久試験）
上記ＭＥＡをセル温度８０℃、アノード露点４５℃、およびカソード露点５５℃の低加湿条件とし、０．２、０．８、および１．６Ａ／ｃｍ^２の電圧値をそれぞれ測定し、これを初期電圧とした。次に、同条件で非発電（ＯＣ；Open Circuit）と発電（０．１ｍＡ／ｃｍ^２）のサイクルをおよそ２００時間繰り返す耐久試験を行った。 (An endurance test)
The MEA was subjected to low humidification conditions with a cell temperature of 80 ° C., an anode dew point of 45 ° C., and a cathode dew point of 55 ° C., and voltage values of 0.2, 0.8, and 1.6 A / cm ² were measured, respectively. Voltage was used. Next, an endurance test was performed in which a cycle of non-power generation (OC; Open Circuit) and power generation (0.1 mA / cm ² ) was repeated for about 200 hours under the same conditions.

（回復電圧量評価試験）
上記耐久試験を実施したＭＥＡをセル温度８０℃、アノード露点４５℃、およびカソード露点５５℃の条件とし、０．２、０．８、および１．６Ａ／ｃｍ^２の電圧値をそれぞれ測定し、これを回復前電圧とした。次に、セル温度を７０℃から３０℃まで１０℃毎に降下させて、両極加湿せずに、アノードストイキ１．２、カソードストイキ１．５とし、１．０Ａ／ｃｍ^２で１５分間発電状態を保持した。尚、このときの液相水の流通速度は、１．０Ａ／ｃｍ^２の発電による生成水量が５６ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．であること、およびセル温度により飽和蒸気圧が変わることを考慮して演算した。その後、再度セル温度８０℃、アノード露点４５℃、およびカソード露点５５℃の条件として、０．２、０．８、および１．６Ａ／ｃｍ^２の電圧値をそれぞれ測定し、これを回復後電圧とした。 (Recovery voltage evaluation test)
The MEA subjected to the above durability test was subjected to a cell temperature of 80 ° C., an anode dew point of 45 ° C., and a cathode dew point of 55 ° C., and voltage values of 0.2, 0.8, and 1.6 A / cm ² were measured. This was defined as the voltage before recovery. Next, the cell temperature is lowered from 70 ° C. to 30 ° C. every 10 ° C., and the anode stoichiometric 1.2 and the cathode stoichiometric 1.5 are obtained without humidifying the electrodes, and the power generation state is performed at 1.0 A / cm ² for 15 minutes. Held. In addition, the flow rate of the liquid phase water at this time is such that the amount of water generated by power generation of 1.0 A / cm ² is 56 mg / cm ² / min. And the calculation was performed taking into consideration that the saturated vapor pressure varies depending on the cell temperature. Thereafter, voltage values of 0.2, 0.8, and 1.6 A / cm ² were measured again under conditions of a cell temperature of 80 ° C., an anode dew point of 45 ° C., and a cathode dew point of 55 ° C. It was.

（試験結果）
図３は、液相水の流通速度に対する回復電圧量の関係を示す図である。尚、この図において、回復電力は、上記評価試験における回復後電圧から回復前電圧を減じた値を示している。この図に示すとおり、何れの電流密度についても、液相水の流通速度が２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．となる点から急激に回復電圧力が大きくなっていることが分かる。この試験結果から、液相水の流通速度を２．４ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．以上に制御することで、被毒回復の効果が劇的に高まることが分かる。 (Test results)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship of the recovery voltage amount with respect to the flow rate of the liquid phase water. In this figure, the recovery power indicates a value obtained by subtracting the pre-recovery voltage from the post-recovery voltage in the evaluation test. As shown in this figure, for any current density, the flow rate of liquid phase water is 2.4 mg / cm ² / min. From this point, it can be seen that the recovery voltage force suddenly increases. From this test result, the flow rate of liquid phase water was 2.4 mg / cm ² / min. It turns out that the effect of poisoning recovery increases dramatically by controlling above.

また、図４は、被毒回復前後の低下電圧量の関係を示す図である。尚、この図において、低下電圧量は、上記評価試験における初期電圧から回復前電圧および回復後電圧（流通速度２８ｍｇ／ｃｍ^２／ｍｉｎ．）を減じた値をそれぞれ示している。この図に示すとおり、本発明の回復処理により、初期に対する性能低下が最大１／４程度まで抑制され得ることが分かる。 Moreover, FIG. 4 is a figure which shows the relationship of the fall voltage amount before and behind poisoning recovery. In this figure, the amount of reduced voltage indicates the value obtained by subtracting the pre-recovery voltage and post-recovery voltage (circulation speed 28 mg / cm ² / min.) From the initial voltage in the evaluation test. As shown in this figure, it can be seen that the performance degradation with respect to the initial stage can be suppressed to about 1/4 at maximum by the recovery processing of the present invention.

１０燃料電池
１２単位電池
１４発電体
１６ガス流路
１８セパレータ
２０膜電極接合体（ＭＥＡ）
２４電解質膜
２６アノード
２８カソード DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 12 Unit battery 14 Electric power generation body 16 Gas flow path 18 Separator 20 Membrane electrode assembly (MEA)
24 Electrolyte membrane 26 Anode 28 Cathode

Claims

A polymer electrolyte fuel cell;
Distribution means for distributing liquid phase water at a predetermined distribution speed inside the fuel cell,
The fuel cell system is characterized in that the flow means circulates liquid phase water at a flow rate of 2.4 mg / cm ² / min.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the distribution means is executed when the output of the fuel cell becomes a predetermined value or less.

The flow rate means includes a humidification amount control means for controlling a humidification amount of gas supplied to the fuel cell, and controls the flow rate of liquid phase water by controlling the humidification amount. 3. The fuel cell system according to 1 or 2.

4. The flow means includes temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell, and controls the flow rate of liquid phase water by controlling the temperature. The fuel cell system described.

5. The flow means includes power generation amount control means for controlling the power generation amount of the fuel cell, and controls the flow rate of liquid phase water by controlling the power generation amount. The fuel cell system according to claim 1.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the circulation means circulates liquid phase water at a rate of 3 mg / cm ² / min. Or more.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the circulation means circulates liquid phase water at a speed of 28 mg / cm ² / min. Or less.